注水系統(tǒng)節(jié)能潛力分析及對策

陳祥偉（大慶油田有限責任公司第二采油廠）

注水系統(tǒng)節(jié)能潛力分析及對策

陳祥偉（大慶油田有限責任公司第二采油廠）

通過分析注水泵的泵管壓差產(chǎn)生原因及主要影響因素，對泵管壓差與注水單耗對應關系進行了理論計算，并利用注水泵實測數(shù)據(jù)對相關參數(shù)進行了修正。通過對注水系統(tǒng)節(jié)能潛力進行分析，指明降低注水泵泵壓、提高注水泵效兩個節(jié)能方向，并給出具體節(jié)能措施。

注水 節(jié)能 潛力 分析

從油田注水系統(tǒng)建成的能力來看，總體上能夠適應油田開發(fā)和生產(chǎn)的需求[1]，但由于近2年注聚區(qū)塊的不斷擴大和區(qū)塊間污水產(chǎn)注量的不平衡，以及污水站改造等因素而產(chǎn)生回注困難、能耗較高的矛盾仍較突出。在日常運行過程中，通常采用泵管壓差評價注水系統(tǒng)運行工況，泵管壓差控制在0.5 M Pa以內(nèi)屬于正常，高于0.5 M Pa則說明系統(tǒng)存在高耗能點，需要采取措施來遏制能耗的上升。通過分析注水泵的泵管壓差產(chǎn)生原因及主要影響因素，制定相應的措施，為油田注水系統(tǒng)節(jié)能降耗提供技術保證。

1 能耗指標的測算方法

當注水泵流量、壓力、效率、電動機效率已知時，由注水單耗計算公式可以計算出注水單耗與泵壓的對應關系，通過適當簡化，可估算出泵管壓差與注水單耗的對應關系。注水單耗的計算公式為

式中：

DH——注水單耗，k W h/m3;

Pe——電動機輸入功率，k W；

qvp——注水泵流量，m3/h；

P1——泵進口壓力，M Pa；

P2——泵出口壓力，M Pa；

ηp——注水泵效率；

ηe——注水電動機效率。

根據(jù)D F系列多級離心注水泵性能參數(shù)表，對泵管壓差與注水單耗對應關系進行了計算，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 泵管壓差與注水單耗對應關系

考慮到注水泵的實際參數(shù)與理論參數(shù)有誤差，利用南十三注水站現(xiàn)有3臺D 300-150×11注水泵的特性曲線對注水單耗進行了測算。通過對注水泵理論特性曲線分析，在大量實驗數(shù)據(jù)的基礎上，建立了3臺泵的實際運行特性曲線。由圖1可知，雖然是同一型號的泵，但由于泵內(nèi)水力損失、容積損失、機械損失的不同，造成泵的性能也不同，同時導致同一流量下同一型號的注水泵耗電量也有所不同。

由圖1可知，D 300-150×11注水泵并沒有運行在指定參數(shù)范圍內(nèi)，其實際參數(shù)與D F400注水泵參數(shù)接近。實測表明，在流量330~430m3/h、泵壓16.2~16.8M Pa條件下，南十三注水站的注水泵泵管壓差每下降0.1 M Pa，平均注水單耗下降0.05 k W h/m3。上述計算，均假設管網(wǎng)壓力保持不變，依靠泵壓變化來調(diào)整泵管壓差。在實際生產(chǎn)中，受到管路特性影響，管壓隨著流量的變化而變化，泵管壓差下降0.1 M Pa時，注水單耗下降值低于理論計算值?？紤]到許多水泵投運時間較長等各種因素影響，在進行節(jié)能計算時，推薦采取以下數(shù)據(jù)：即注水泵泵管壓差每下降0.1M Pa，平均注水單耗下降0.03k W h/m3。

表2 注水系統(tǒng)能耗統(tǒng)計

圖1 3臺注水泵的實際運行特性曲線

泵管壓差是與泵的流量、揚程、效率、管網(wǎng)特性密切相關的一個參數(shù)，通過理論計算及實際校核，對于常用的注水泵來說，采取合適措施后泵管壓差每降低0.1M Pa，注水單耗降低約0.03k W h/m3。

2 節(jié)能潛力分析

2.1 注水站節(jié)能潛力

薩南油田一般水、深度水系統(tǒng)的泵管壓差較小，基本都在允許范圍內(nèi)，聚驅系統(tǒng)泵管壓差較大，達到1.5 M Pa，節(jié)能潛力相對較大。根據(jù)上述分析，若一般水系統(tǒng)降低泵管壓差0.1 M Pa，則可年節(jié)約電量72.5萬元；若完全消除3個系統(tǒng)的泵管壓差，預計年可節(jié)約電費8 50.1萬元（表2）。

2.2 注水管網(wǎng)節(jié)能潛力

以南二區(qū)西塊為例對注水管網(wǎng)進行分析。南二區(qū)西塊共有507口水驅注水井，其中生產(chǎn)井502口，關井5口。目前平均管線壓力14.70M Pa，井口油壓10.97M Pa，管線壓力與井口油壓差值（泵井壓差）為3.73M Pa；其中，南二區(qū)基礎、一次、二次、高臺子的泵井壓差相對較大，在通過降低注水管網(wǎng)損失來降低電量消耗方面具有較大潛力（表3）。

表3 南二區(qū)西塊水驅注水井壓力狀況統(tǒng)計

通過對南二區(qū)西塊注水井壓力分布情況分析可知，注水壓力較高的注水井主要集中在過渡帶基礎井網(wǎng)（4座配水間所轄21口注水井）和高臺子井網(wǎng)（共8口注水井）。對于比較集中的注水井可以通過設置增壓泵來進行增壓，以滿足注水壓力要求；對于比較分散的部分井，可以通過酸化、壓裂、安裝井口精細過濾器等措施降低注水壓力。采取上述措施后，能夠降低相關管網(wǎng)壓力，從而降低注水能耗。

3 節(jié)能措施

從注水泵及管網(wǎng)特性曲線可以確定，在注水泵泵壓、流量保持不變的前提下，單純提高管壓以消除泵管壓差的措施達不到節(jié)能降耗目的。由注水單耗計算公式可知，為了降低單耗，一方面可以通過降低注水泵泵壓來實現(xiàn)，另一方面可以通過提高注水泵泵效來實現(xiàn)。

3.1 降低注水泵泵壓

1）注水泵減級

當注水泵的泵管壓差超過1.5 M Pa或接近1.5 M Pa時，可直接對注水泵進行減級處理，每減一級可降低注水泵泵壓1.5 M Pa，降低注水單耗0.45 k W h/m3。

2）優(yōu)化注水站運行工況

從注水泵特性曲線可以看出，注水泵的揚程與注水泵流量成反比，隨著注水泵流量的增大，注水泵泵壓逐漸下降，并導致泵管壓差、注水單耗下降。在管網(wǎng)壓力允許情況下，盡可能增加外輸水量，從而降低注水泵泵壓及泵管壓差，這是節(jié)能降耗的可行措施。建議注水站根據(jù)所轄注水泵在何種流量下耗電最少，確定各種開泵方案下的最佳動態(tài)參數(shù)，并繪制成表；崗位工人參照此表，通過調(diào)整動態(tài)參數(shù)，使注水泵始終在最優(yōu)工況區(qū)運行，降低注水單耗。建議將注水罐保持在中高液位，以方便流量調(diào)節(jié)。

3）調(diào)整注水泵特性曲線

采取高壓變頻器、前置泵變頻調(diào)速、液體黏性調(diào)速離合器等措施，可以按照生產(chǎn)需要的工況調(diào)節(jié)泵出口流量和壓力。以南二注的D F250-150×11型離心泵為例，在揚程1 650m不變的情況下，可以對應多個流量工作點（Q=140～250m3/h）；在流量不變（設Q=250m3/h）的情況下，可以有很多揚程（H=1 650～1 365 m）供選擇。通過調(diào)整注水泵運行頻率，盡量消除泵管壓差，減少每個工況點的實際輸出功率，從而達到節(jié)電目的。

4）優(yōu)化注水管網(wǎng)

單純優(yōu)化注水管網(wǎng)并不能直接降低注水單耗，但通過合理調(diào)整注水干線閥等措施，在保證注水量的同時，盡量減少注水管網(wǎng)壓降損失，能夠使注水泵泵壓進一步下降，為節(jié)能降耗創(chuàng)造條件。南二區(qū)西塊若集中設置5座增壓配水間，將需要增壓的25口注水井接至上述5座增壓配水間，以降低管網(wǎng)壓力；其余高壓井根據(jù)開發(fā)需要進行壓裂或酸化處理，并安裝井口精細過濾器，以控制注水壓力。該區(qū)塊內(nèi)的南2-3注水站管網(wǎng)出站壓力預計可降低0.8M Pa左右，年節(jié)電費37.5萬元。

3.2 提高注水泵泵效

注水單耗與注水泵泵效成反比，通過提高注水泵泵效，能夠有效降低注水單耗。

1）加大注水泵檢修力度

實踐證明，及時檢修注水泵能夠使注水泵經(jīng)常保持在高效區(qū)，為此需要提高泵效檢測精度，定期檢測注水泵泵效，當注水泵泵效下降到規(guī)定值后及時安排檢修。

2）注水泵涂膜

增效涂層可使注水泵葉輪表面粗糙度降低，抗流體腐蝕和氣蝕損害，減少能量損耗，增加流速，從而提高整體效率，降低注水單耗。一般注水泵投產(chǎn)時間較早，部分注水泵效率偏低，可考慮對低效注水泵涂膜處理。

3）選擇高效注水泵

在產(chǎn)能及改造項目中涉及注水泵安裝時，盡量選擇高效泵，為節(jié)能降耗打下良好基礎。

3.3其他

除上述兩類地面節(jié)能措施以外，在開發(fā)方面，通過加大“三高”井區(qū)的控水調(diào)整力度，控制低效循環(huán)水，擴大周期注水的應用規(guī)模，可減少污水回注量，為注水系統(tǒng)節(jié)能降耗提供另一節(jié)能途徑。

4 結語

為保證合理選擇節(jié)能措施并長期貫徹執(zhí)行，具體要做到：

1）探索在薩南油田目前可行的節(jié)能措施，結合各種基建項目，對部分注水站進行改造，安排一些必要的節(jié)能措施如注水泵減級、變頻、涂膜等。

2）加強生產(chǎn)管理，優(yōu)化注水站運行工況，跟蹤已實施節(jié)能措施的運行情況，使節(jié)能效果最大化。

3）制定各種規(guī)章制度，對于在節(jié)能工作中作出突出貢獻的人員予以表彰獎勵，使員工樹立節(jié)能意識，形成良好的節(jié)能風氣。

[1]董一佐,余欽范.大慶油田注水系統(tǒng)能耗研究[J].油氣田地面工程,2 0 0 7,2 6(3):3 0-3 1.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.06.004

2012-03-03)

陳祥偉，1994年畢業(yè)于西北大學，工程師，從事注水生產(chǎn)管理，E-mail：chenxiangwei@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第二采油廠第一作業(yè)區(qū)，163414。